DE102018108472A1 - Photovoltaic power generation plant, supply line for a power plant, mating plug and inverter - Google Patents
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Abstract
Eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage (1) mit einem eine Reihenschaltung von Solarmodulen (10) aufweisenden String (20), der mit einem Wechselrichter (30) über Anschlussleitungen (50) zur Umwandlung und Einspeisung elektrischer Leistung des Strings (20) in ein Netz elektrisch verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter (30) dazu eingerichtet ist, eine alternative Betriebsleistung in dem Fall, dass eine normale Betriebsleistung weder aus dem Netz noch aus dem gesamten String (20) beziehbar ist, nur aus einem der Solarmodule (10) zu beziehen. Eine Versorgungsleitung kann die alternative Betriebsleistung dem Wechselrichter (30) zuführen. Weiterhin sind Stecker (90) und Gegenstecker (100) einer solchen Versorgungsleitung beschrieben, die auch mit einem Wechselrichter (30) verbaut sein können.A photovoltaic power generation plant (1) comprising a string (20) comprising a series connection of solar modules (10) electrically connected to an inverter (30) via connecting leads (50) for converting and feeding electrical power to the string (20) , is characterized in that the inverter (30) is adapted to provide an alternative operating power in the event that a normal operating power is obtainable neither from the mains nor from the entire string (20), only from one of the solar modules (10) Respectively. A supply line may supply the alternative operating power to the inverter (30). Furthermore, plugs (90) and mating plugs (100) of such a supply line are described, which can also be installed with an inverter (30).
Description
Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Versorgungsleitung für eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage, einen Gegenstecker zu einem Stecker der Versorgungsleitung, sowie einen Wechselrichter.The invention relates to a photovoltaic power generation plant. Furthermore, the invention relates to a supply line for a photovoltaic power generation plant, a mating connector to a plug of the supply line, and an inverter.
Photovoltaik ist eine der Schlüsseltechnologien bei der Energiewende, also der Abkehr von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energieträgern. Hierbei wird Sonnenlicht in einer photovoltaischen Energieerzeugungsanlage direkt mit Hilfe von Solarmodulen eines Solargenerators in elektrische Leistung in Form einer Gleichspannung umgewandelt, die wiederum mittels eines Wechselrichters in Wechselspannung zur Einspeisung in ein Wechselspannungsnetz gewandelt wird. Das hierbei entstehende Problem der elektrischen Versorgung der Elektronik des Wechselrichters wird typischerweise dadurch gelöst, dass der Wechselrichter die Versorgungsleistung bevorzugt aus dem Wechselspannungsnetz entnimmt, beziehungsweise, wenn der Wechselrichter vom Netz getrennt ist, aus dem angeschlossenen Solargenerator. Da die Spannung des bestrahlten Solargenerators allerdings wesentlich höher als die zur Versorgung erforderliche Spannung, muss eine verlustbehaftete Reduktion der Solargeneratorspannung auf die Versorgungsspannung erfolgen. Außerdem existieren Anforderungen an Betriebszustände der Energieerzeugungsanlage, in denen neben dem Netz auch der Solargenerator vom Wechselrichter getrennt sein muss oder sogar die einzelnen Solarmodule des Solargenerators voneinander getrennt und/oder kurzgeschlossen sein müssen, damit Spannungsgrenzen innerhalb der Energieerzeugungsanlage aus Gründen der Personensicherheit nicht überschritten werden. Hier entfällt die Möglichkeit der Versorgung aus dem Solargenerator.Photovoltaics is one of the key technologies in the energy transition, ie the shift away from fossil fuels towards renewable energy sources. In this case, sunlight in a photovoltaic power generation plant is directly converted by means of solar modules of a solar generator into electrical power in the form of a DC voltage, which in turn is converted by means of an inverter into AC voltage for feeding into an AC voltage network. The resulting problem of electrical supply to the electronics of the inverter is typically solved by the inverter preferably takes the supply power from the AC mains, or, if the inverter is disconnected from the grid, from the connected solar generator. However, since the voltage of the irradiated solar generator is much higher than the voltage required for the supply, a lossy reduction of the solar generator voltage to the supply voltage must take place. In addition, there are requirements for operating states of the power generation plant, where in addition to the grid and the solar generator must be disconnected from the inverter or even the individual solar modules of the solar generator must be separated and / or shorted, so that voltage limits within the power generation plant for reasons of safety are not exceeded. Here eliminates the possibility of supply from the solar generator.
Die Schrift
Es ist im Lichte des oben genannten Standes der Technik Aufgabe dieser Erfindung, eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage aufzuzeigen, bei der der Wechselrichter auch dann mit elektrischer Leistung versorgt werden kann, wenn der Wechselrichter vom Netz getrennt ist und zum Beispiel aufgrund normativer Anforderungen enge Spannungsgrenzen durch den Solargenerator eingehalten werden müssen. Es ist weiterhin Aufgabe dieser Erfindung, eine Verbindungsleitung beziehungsweise ein Steckersystem darzustellen, mit der eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage in die Lage versetzt wird, sich aus einem spannungsbegrenzten Solargenerator zu versorgen.It is in the light of the above-mentioned prior art object of this invention to show a photovoltaic power generation plant, in which the inverter can be supplied with electrical power even if the inverter is disconnected from the grid and, for example due to normative requirements tight voltage limits by the solar generator must be complied with. It is a further object of this invention to provide a connection line or a plug system with which a photovoltaic power generation plant is enabled to supply itself from a voltage-limited solar generator.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1, einer Versorgungsleitung mit den Merkmalen des Anspruchs 13, sowie einem Stecker mit den Merkmalen des Anspruchs 14. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.This object is achieved by a photovoltaic power generation plant having the features of
Eine erfindungsgemäße photovoltaische Energieerzeugungsanlage mit einem eine Reihenschaltung von Solarmodulen aufweisenden String, der mit einem Wechselrichter über Anschlussleitungen zur Umwandlung und Einspeisung elektrischer Leistung des Strings in ein Netz elektrisch verbunden ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wechselrichter dazu eingerichtet ist, eine alternative Betriebsleistung in dem Fall, dass eine normale Betriebsleistung nicht aus dem Netz oder dem gesamten String beziehbar ist, nur aus einem der Solarmodule zu beziehen. Das eine der Solarmodule, dass die alternative Betriebsleistung erzeugt, ist bevorzugt an einem Ende der Reihenschaltung platziert.A photovoltaic power generation plant according to the invention comprising a string comprising a series connection of solar modules, which is electrically connected to an inverter via connecting lines for converting and feeding the string's electrical power into a network, is characterized in that the inverter is adapted to provide an alternative operating power in the network Case that a normal operating power can not be obtained from the network or the entire string, only from one of the solar modules. The one of the solar modules that generates the alternative operating power is preferably placed at one end of the series circuit.
In einer ersten Ausführungsform wird die alternative Betriebsleistung aus einer zwischen Solarmodulanschlüssen des einen Solarmoduls anliegenden Spannung gewonnen. In diesem Fall steht die gesamte von dem Solarmodul erzeugte Leistung als alternative Betriebsleistung zur Verfügung.In a first embodiment, the alternative operating power is obtained from a voltage applied between solar module connections of the one solar module. In this case, all the power generated by the solar module is available as an alternative operating power.
In einer zweiten Ausführungsform weist das eine der Solarmodule einen Teilmodulanschluss auf, der mit einem Zwischenpunkt zwischen Teilmodulen des einen Solarmoduls elektrisch verbunden ist, wobei die alternative Betriebsleistung aus einer zwischen dem Teilmodulanschluss und einem Solarmodulanschluss des einen Solarmoduls anliegenden Spannung gewonnen wird. Hierdurch steht nur ein Teil der durch das Solarmodul erzeugbaren elektrische Leistung als alternative Betriebsleistung zur Verfügung, durch die geringere Spannung ist diese Leistung aber als alternative Betriebsleistung einfacher nutzbar.In a second embodiment, one of the solar modules has a submodule connection, which is electrically connected to an intermediate point between submodules of the one solar module, wherein the alternative operating power is obtained from a voltage applied between the submodule connection and a solar module connection of the one solar module. As a result, only a part of the electric power that can be generated by the solar module is available as an alternative operating power, but due to the lower voltage, this power can be used more easily as an alternative operating power.
In einer weiteren, mit der ersten und zweiten Ausführungsform kombinierbaren Ausführung ist zwischen dem einen Solarmodul und dem Wechselrichter ein DC/DC-Wandler, insbesondere ein ausgangsspannungsgeregelter Tiefsetzsteller, zur Umwandlung der alternativen Betriebsleistung angeordnet. Der DC/DC-Wandler setzt die vom Solarmodul bereitgestellte Spannung in einen direkt von Wechselrichtern als alternative Betriebsleistung nutzbaren, geringeren Spannungswert um. Falls eine vom Wechselrichter geforderte Betriebsspannung höher als die vom Solarmodul bereitgestellte Spannung ist, kann aber auch ein Hochsetzsteller verwendet werden. Desgleichen ist natürlich auch ein Hoch-Tiefsetzsteller einsetzbar, der sowohl eine Erhöhung als auch eine Reduzierung der Solarmodulspannung erlaubt.In a further embodiment, which can be combined with the first and second embodiment, a DC / DC converter, in particular an output voltage-controlled buck converter, for converting the alternative operating power is arranged between the one solar module and the inverter. The DC / DC converter converts the voltage provided by the solar module into a lower voltage value directly usable by inverters as an alternative operating power. If an operating voltage required by the inverter is higher than the voltage provided by the solar module, however, a step-up converter can also be used become. Likewise, of course, a high-buck converter can be used, which allows both an increase and a reduction of the solar module voltage.
Der DC/DC-Wandler wird bevorzugt ebenfalls von der vom Solarmodul bereitgestellten Leistung versorgt und vorteilhafterweise nur dann betrieben, wenn die alternative Betriebsleistung zum Betrieb des Wechselrichters erforderlich ist.The DC / DC converter is also preferably powered by the power provided by the solar module and advantageously operated only when the alternative operating power is required to operate the inverter.
In einer besonders einfachen Variante einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage ist der Wechselrichter zur Aufnahme der alternativen Betriebsleistung über die Anschlussleitungen eingerichtet. In diesem Fall ist eine Sperrdiode in einer Verbindungsleitung zwischen dem einen der Solarmodule und einer der Anschlussleitungen angeordnet ist. Sofern die zwischen den Anschlussleitungen anliegende Stringspannung größer ist als die Spannung des einen der Solarmodule, sperrt die Sperrdiode und erlaubt erst dann einen Stromfluss, wenn die Stringspannung unter die Spannung des Solarmoduls fällt, beispielsweise wenn eine Verbindung zwischen den Solarmodulen aufgetrennt wird.In a particularly simple variant of a power generation plant according to the invention, the inverter is set up to accommodate the alternative operating power via the connecting lines. In this case, a blocking diode is arranged in a connecting line between the one of the solar modules and one of the connecting lines. If the string voltage applied between the connection lines is greater than the voltage of one of the solar modules, the blocking diode blocks and only allows a current flow if the string voltage falls below the voltage of the solar module, for example if a connection between the solar modules is disconnected.
Der DC/DC-Wandler beziehungsweise die Sperrdiode können als eigenständige Komponenten der Energieerzeugungsanlage in der Nähe der Solarmodule platziert sein oder auch in den Wechselrichter integriert sein.The DC / DC converter or the blocking diode can be placed as separate components of the power generation plant in the vicinity of the solar modules or can also be integrated into the inverter.
In einer besonders vorteilhaften Umsetzung der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage weist der Wechselrichter einen weiteren Anschluss zur Aufnahme der alternativen Betriebsleistung gemeinsam mit einem Stringanschluss auf, über den eine der Anschlussleitungen mit dem Wechselrichter verbunden ist. Der weitere Anschluss und der Stringanschluss des Wechselrichters können in einer gemeinsamen Steckverbindung integriert sein. Sofern der Wechselrichter diesen weiteren Anschluss aufweist, ist zur Übertragung der alternativen Betriebsleistung bevorzugt eine Verbindungsleitung vorgesehen die gemeinsam mit der mit dem Stringanschluss verbundenen Anschlussleitungen verlegt ist. Diese Verbindungsleitung und die mit dem Stringanschluss verbundene Anschlussleitung bilden vorteilhafterweise eine gemeinsame Versorgungsleitung mit einer gemeinsamen Außenisolation, die an beiden Enden bevorzugt jeweils einen Stecker mit jeweils getrennten Steckkontakten für die Verbindungsleitung und die Anschlussleitung aufweist.In a particularly advantageous implementation of the power generation plant according to the invention, the inverter has a further connection for receiving the alternative operating power together with a string connection, via which one of the connection lines is connected to the inverter. The further connection and the string connection of the inverter can be integrated in a common plug connection. If the inverter has this further connection, a connecting line is preferably provided for transmitting the alternative operating power, which is laid together with the connection lines connected to the string connection. This connection line and the connection line connected to the string connection advantageously form a common supply line with a common external insulation, which preferably has a plug with respectively separate plug contacts for the connection line and the connection line at both ends.
Wenn die photovoltaische Energieerzeugungsanlage dazu eingerichtet ist, bei Trennung von dem Netz und/oder oder im Gefahrenfall alle Solarmodule des Strings voneinander elektrisch zu trennen und/oder alle Solarmodule des Strings (bis auf ein Solarmodul, das die alternative Betriebsleistung bereitstellt) kurzzuschließen, kann dennoch eine alternative Betriebsleistung zur Versorgung des Wechselrichters aus dem einen - nicht kurzgeschlossenen - Solarmodul gewonnen werden. Diese alternative Betriebsleistung kann dann beispielsweise genutzt werden, um nach Beendigung des Gefahrenfalls die Energieerzeugungsanlage wieder in Betrieb zu nehmen, oder um mit der Energieerzeugungsanlage jederzeit eine Datenkommunikation zu ermöglichen.If the photovoltaic power generation plant is set up to electrically isolate all solar modules of the string from each other when disconnected from the grid and / or in case of danger, and / or short-circuit all solar modules of the string (except for a solar module that provides the alternative operating power), nevertheless an alternative operating power to supply the inverter from the one - not shorted - solar module can be obtained. This alternative operating power can then be used, for example, to take the power generation plant back into operation after the hazard has ended, or to enable data communication with the power generation plant at any time.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Versorgungsleitung für eine photovoltaische Energieerzeugungsanlage mit einem Wechselrichter und einen daran angeschlossenen String aus einer Reihenschaltung von Solarmodulen. Die Versorgungsleitung weist hierbei eine Anschlussleitung zur Übertragung eines Stringstroms der photovoltaischen Energieerzeugungsanlage an einen Wechselrichter, eine Verbindungsleitung zur Übertragung einer alternativen Betriebsleistung an den Wechselrichter, und eine Außenisolation auf, die die Anschlussleitung und die Verbindungsleitung umgibt, und die eine Isolationsfestigkeit gegenüber einer Stringspannung der photovoltaischen Energieerzeugungsanlage hat. An beiden Enden der Versorgungsleitung sind jeweils männlich beziehungsweise weiblich ausgeführte Stecker angeordnet, die jeweils einen Steckkontakt für die Anschlussleitung und einen Steckkontakt für die Verbindungsleitung aufweisen, wobei die Anschlussleitung und die Verbindungsleitung bevorzugt mit einer Isolationsfestigkeit voneinander isoliert sind, die geringer als die Isolationsfestigkeit gegenüber der Stringspannung der photovoltaischen Energieerzeugungsanlage ist, und insbesondere einer Isolationsfestigkeit gegenüber einer Solarmodulspannung entspricht, und wobei die Stecker an beiden Enden der Versorgungsleitung bevorzugt steckkompatibel zu SunClix-Verbindungen sind. Derartige SunClix-Verbindungen sind z.B. von der Firma Phoenix Contact erhältlich und haben sich insbesondere innerhalb der DC-Verkabelung von Photovoltaikanlagen etabliert. Der Steckkontakt für die Anschlussleistung entspricht dem Steckkontakt eines konventionellen Steckers, während der Steckkontakt für die Verbindungsleitung in Bezug auf eine Steckachse der Steckverbindung seitlich angeordnet ist und mit einem korrespondierenden Gegensteckkontakt eines Gegensteckers beim Einstecken gemeinsam mit dem Steckkontakt der Anschlussleitung elektrisch verbunden wird. Zum Zwecke eines Berührungsschutzes können Steckkontakt und Gegensteckkontakt jeweils in Gehäuseaufsätzen aus isolierendem Material untergebracht sein. Eine Übertragung der oben beschriebenen Modifikation auf andere in der Photovoltaik übliche Verbindungssysteme ist denkbar und leicht realisierbar.Another aspect of the invention relates to a supply line for a photovoltaic power generation plant having an inverter and a string connected thereto from a series connection of solar modules. The supply line in this case has a connecting line for transmitting a string current of the photovoltaic power generation plant to an inverter, a connecting line for transmitting an alternative operating power to the inverter, and an outer insulation surrounding the connecting line and the connecting line, and an insulation resistance to a string voltage of the photovoltaic Energy generating plant has. At both ends of the supply line respectively male and female executed plugs are arranged, each having a plug contact for the connecting line and a plug contact for the connecting line, wherein the connecting line and the connecting line are preferably isolated from each other with an insulation strength, which is less than the insulation resistance to the String voltage of the photovoltaic power generation plant is, and in particular corresponds to an insulation resistance to a solar module voltage, and wherein the plug at both ends of the supply line are preferably plug compatible with SunClix connections. Such SunClix compounds are e.g. available from the company Phoenix Contact and have established themselves especially within the DC cabling of photovoltaic systems. The plug contact for the connected load corresponds to the plug contact of a conventional plug, while the plug contact for the connecting line is arranged laterally with respect to a plug-in axis of the plug connection and is electrically connected to a corresponding mating plug contact of a mating plug during insertion together with the plug contact of the connecting lead. For the purpose of protection against contact, plug contact and mating plug contact can each be accommodated in housing attachments made of insulating material. A transfer of the modification described above to other conventional in photovoltaic connection systems is conceivable and easy to implement.
Auch ein Gegenstecker zu einem Stecker einer solchen Versorgungsleitung ist Gegenstand der Erfindung, wobei jedem Steckkontakt des Steckers ein Gegensteckkontakt des Gegensteckers zugeordnet ist.A mating connector to a plug of such a supply line is the subject of Invention, wherein each plug contact of the plug is associated with a mating plug contact of the mating connector.
Ein solcher Gegenstecker kann anstelle eines konventionellen, steckkompatiblen Gegensteckers als Teil eines Wechselrichters zur Herstellung einer elektrischen Verbindung mit einem Solarmodul in einer photovoltaischen Energieerzeugungsanlage verwendet werden. Insbesondere kann der Gegenstecker in einer Gehäuseöffnung des Wechselrichters fest verbaut sein. Auf diese Weise kann eine Versorgung des Wechselrichters mit einer alternativen Betriebsleistung ermöglicht werden, wobei auf eine solche Versorgung aber auch verzichtet werden kann, indem ein konventioneller Stecker in den erfindungsgemäßen Gegenstecker gesteckt wird.Such a mating connector may be used instead of a conventional plug-compatible mating connector as part of an inverter for establishing an electrical connection to a solar module in a photovoltaic power generation plant. In particular, the mating connector can be permanently installed in a housing opening of the inverter. In this way, a supply of the inverter can be made possible with an alternative operating performance, but can also be dispensed with such a supply by a conventional plug is plugged into the mating connector according to the invention.
Im Folgenden wird die Erfindung näher mit Hilfe von Figuren beschrieben, von denen
-
1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage, -
2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage, -
3 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage, -
4 eine Ausgestaltung eines Solarmoduls zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Energieerzeugungsanlage, -
5 eine Ausführung eines Steckers einer erfindungsgemäßen Versorgungsleitung, und -
6 eine Ausführung eines zu dem Stecker der5 als Gegensteckerausgebildeten Steckers zeigen.
-
1 A first embodiment of a power generation plant according to the invention, -
2 A second embodiment of a power generation plant according to the invention, -
3 A third embodiment of a power generation plant according to the invention, -
4 An embodiment of a solar module for use in a power generation plant according to the invention, -
5 an embodiment of a plug of a supply line according to the invention, and -
6 an embodiment of the plug to the5 show as mating connector designed plug.
Eine erfindungsgemäße Energieerzeugungsanlage
Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen photovoltaischen Energieerzeugungsanlage
Die weitere Ausführungsform der
Das Solarmodul
Durch die seitliche Anordnung des Aufsatzes können sowohl der modifizierten Stecker
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- EnergieerzeugungsanlagePower generation plant
- 1010
- Solarmodulsolar module
- 1111
- Teilmodulsub-module
- 1212
- SolarmodulanschlussSolar module connector
- 1313
- Versorgungsanschlusssupply terminal
- 2020
- Stringstring
- 3030
- Wechselrichterinverter
- 4040
- Netzanschlussmains connection
- 5050
- Anschlussleitungconnecting cable
- 5151
- Stringanschlussstring connection
- 5252
- Stringanschlussstring connection
- 5555
- KontaktstrukturContact structure
- 6060
- Verbindungsleitungconnecting line
- 6161
- Versorgunganschlusssupply terminal
- 6565
- KontaktstrukturContact structure
- 7070
- Diodediode
- 8080
- DC/DC-WandlerDC / DC converter
- 9090
- Steckerplug
- 100100
- GegensteckerMating connector
- 110110
- Außenisolationexterior insulation
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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